مخاطر أنظمة الطاقة الكهربائية السائبة من الأجهزة الطرفية

تحديد مخاطر أنظمة الطاقة الكهربائية السائبة من الأجهزة الطرفية

يوفر الاعتماد السريع لأحمال الاستخدام النهائي المتصلة فرصة للوصول إلى مستويات غير قابلة للتحقيق سابقًا من كفاءة الطاقة وتكامل الطلب الديناميكي مع عمليات الشبكة الكهربائية، ونظراً لأن الأسواق تتكيف مع أحكام اللجنة الفيدرالية لتنظيم الطاقة، بحيث ستصبح أحمال الشبكة التفاعلية أكثر قيمة، مما يسرع من تبنيها.

ويشكل مصاحب للفوائد؛ فإنه يمكن أن تحتوي هذه الأجهزة على نقاط ضعف محتملة يتم استغلالها للتأثير على عمليات نظام الطاقة الكهربائية، وعندما توفر موارد الحوسبة السحابية المركزية وصول القيادة والتحكم إلى أعداد كبيرة من الأجهزة المستهلكة للطاقة؛ فهناك العديد من المخاطر الجديدة التي يجب مراعاتها.

لذلك قد تتسبب مواطن الخلل الخوارزمية غير المقصودة أو أخطاء النظام الأساسي في اتخاذ إجراءات متزامنة عبر جميع الأجهزة المنسقة والخطأ البشري، سواء كان غير مقصود أو متعمد، كما يمكن أن يؤدي إلى ردود غير مرغوبة أو غير متوقعة، ونظراً لأننا نعتمد على منصات وخوارزميات التحكم المركزية؛ فإن المسؤولية القانونية عن مثل هذه الأعطال ليست ثابتة جيداً.

كما تقدم واجهة السحابة أيضاً سطح هجوم لممثل ضار، تمت دراسة ونشر الأجهزة الطرفية الفردية على نطاق واسع، بما في ذلك اختراق الأجهزة الفردية داخل إنترنت الأشياء، بحيث تم استخدام روبوتات الأجهزة الطرفية لشن هجوم واسع النطاق لرفض الخدمة على الإنترنت بالجملة.

كما تمت الاستفادة من الأجهزة الطرفية المخترقة للدوران حول شبكة الطاقة الأوكرانية وفرض انقطاع كبير، ونحن ندرك أن المرافق الأمريكية تشعر بقلق متزايد بشأن الاضطرابات التشغيلية التي تحدث من خلال شبكاتها الرقمية وتعمل على تعزيز أوضاع الأمن السيبراني لديها.

وبغض النظر عن كيفية حدوث ذلك؛ فإن هناك خطر محتمل يتمثل في أن التشغيل الرقمي المتزامن لكميات كبيرة من أجهزة حافة الشبكة الكهربائية، كما يمكن أن يؤدي إلى تأثيرات سلبية على العالم المادي. تقدم هذه الورقة سيناريوهات لا تتحكم فيها المرافق ومشغلي الشبكات في الوقت الحاضر الى تعطيل نظام الطاقة عن طريق تعديل كميات كبيرة من إجمالي الطلب.

تقدير أحمال تكييف الهواء السكنية التي يمكن التحكم فيها

تم حساب الأحمال الأولية والأقصى التي يمكن التحكم فيها على أجهزة التحكم عن بعد (RAC) على النحو التالي، حيث تم استخدام (ResStock) لتحديد محاسبة تحميل (RAC) التشغيلي (عبر الإنترنت) للتنوع، كما يتم حساب أحمال (RAC) القصوى باستخدام قدرات تبريد المعدات المصنفة (RAC) من إجراءات أخذ عينات (ResStock) والظروف الخارجية المعروفة لتلك الساعة من ملف الطقس الفعلي للسنة الجوية ونسبة مدخلات الطاقة ومعاملات السعة.

ولزيادة التفصيل الجغرافي، تم تجميع حمل (RAC) حسب موقع ملف الطقس، وبناء صندوق عتيق وصندوق حجم المبنى ووقود التدفئة ونوع التبريد، ثم تم تقسيمه إلى مساحات تعداد عن طريق دمج هذه النتائج المجمعة باستخدام معلومات، كذلك تم تخفيض النتائج بعد ذلك لتشمل فقط مساحات تعداد إقليم (WECC).

تم تعيين أحمال مسالك التعداد إلى أقرب حافلة بناءً على خطوط الطول والعرض وتقسيم الحمولة بالتساوي بين الحافلات المتوازنة، كما تم تخصيص غالبية الأحمال لتحميل محرك (RAC) الحالي في النماذج الديناميكية (HS ، LSP) المستخدمة، ومع ذلك عندما يتعين إجراء تغييرات على تحميل النموذج الديناميكي لتمثيل حمل (RAC) المخصص بشكل كامل.

كما تم تحديد سعة تحميل (RAC) في الوقت الحقيقي للحافلة بنسبة (40 ٪) من إجمالي الحمل في الحافلة ، مما يحافظ على ذروة اختراق (RAC) الحالي في نموذج ديناميكي أولي، وبمجرد الوصول إلى هذه السعة، تم تعيين الأحمال إلى أقرب ناقل لا يزال لديه سعة متاحة. بالنسبة لحالة (HS)، كما تمت تهيئة محركات (RAC) في بعض (CMPLDWG) لاستيعاب تحميل (ResStock).

التأثيرات المتتالية على المولد الكهربائي الموزع

أكثر من (9) جيجاوات من (DG) متصلة في جميع أنحاء النظام أثناء حالة النظام المنسق، وهناك أكثر من (7) جيجاوات لحالة (LSP)، بحيث يوضح الشكل التالي موقع (DG) لحالة (HS) في جميع أنحاء (WECC)، حيث تمثل كل دائرة (CMPLDWG) في النموذج الديناميكي وحجم الدائرة قدرتها بالميغاوات وتظليل الاختراق كنسبة من الحمل الأصلي المتزامن.

وعلى الرغم من أن هذه الإرسالات استندت إلى التوقعات؛ فإن كاليفورنيا وحدها لديها ما يقدر ب (8) جيجاوات من (DG) خلف المقياس على شكل (PV) اعتباراً من عام 2019م، وبالتالي؛ فإن حجم (DG) الموجود في نماذج نظام الطاقة المستخدمة هو تمثيل معقول لمحفظة التوليد المعاصر، وذلك على الرغم من صعوبة التحقق من صحة الجانب الموقعي.

وأثناء اضطرابات التردد أو الجهد الكهربائي، يتم قياس الخرج وفقاً لمعايير الركوب المطبقة، بحيث تظهر هذه العملية بيانياً في الشكل التالي، وهناك الخصائص المحددة هي (Vt0 ، Vt1 ، Vt2 ، Vt3 ، Vrrecov) للجهد و (Ft0 ، Ft1 ، Ft2 ، Ft3 ، Frrecov) للتردد الكهربائي.

كما تحدد نقاط الرسم البياني الأربع العلاقات الخطية بين الكسر عبر الإنترنت والجهد أو التردد المقاس، ومن هذه القياسات، يتم اشتقاق جزء (DG) المتصل من المنحنيين الموجودين في الشكل السابق ويحدد جزء الاسترداد الكسر المسموح باسترداده بعد استعادة التردد الكهربائي والجهد.

بينما يولد هذا النموذج استجابة ديناميكية؛ فإنه يحجب بشدة جوانب الركوب الزمني، مثل التوقف اللحظي ووقت الاسترداد والاستجابات الفردية لـ (DG) الموجودة على وحدة تغذية متنوعة للجهد، وذلك مع مجموعة متنوعة من أنظمة التحكم التي تنشأ من مختلف الشركات المصنعة، والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على استجابة النظام الجماعي.

كما يتم استخدام مجموعتين من معلمات الركوب لهذه المحاكاة، والتي تظهر في الجدول التالي، كما وتتوافق مع الشكل السابق، بحيث تم أخذ المجموعة الأولى من دراسة (WWSIS)، حيث تم اختيار المعلمات لتجاهل أي خسارة محتملة في (DG) بسبب الترددات غير الطبيعية أو الفولتية.

أيضاً استخدمت الأعمال الأخيرة لشركة Pacific Gas and Electric) – (PG&E)) وهي المجموعة الثانية من المعلمات، وبالنسبة لهذا العمل، تم إجراء عمليتي محاكاة، وهناك واحدة لكل مجموعة معلمات، ولكل جزء محدد يمكن التحكم به في (RAC)، كما تسمح معلمات (WWSIS) بفحص نظير التردد (أدنى تردد بعد خسارة التوليد) دون دمج ديناميكيات (DG) المفقودة، بينما توضح معلمات (PG&E) كيف تؤثر التأثيرات المتتالية المتعلقة بفقدان (DG) على استجابة النظام.

وأخيراً وضمن افتراضات وقيود الطرق المستخدمة، تشير نتائجنا إلى أن الحمل المنسق مركزياً يمكن أن يشكل خطراً كارثياً على شبكة الطاقة السائبة، كما ويمكن أن تنتج مخاطر متعددة لنظام الطاقة السائبة إذا تمت مزامنة هذا الحمل بطريقة تدريجية، وعلى وجه الخصوص وجد أنه حتى الأجزاء المتواضعة من حمل مكيف الهواء السكني الذي يمكن التحكم فيه.

وخلال الأوقات التي لا يكون فيها هذا الحمل قيد الاستخدام مثل الزنبرك؛ فإنه يمكن أن يؤدي إلى عدم توازن في الحمل والتوليد يتجاوز بكثير الطوارئ الموثوق بها (WECC)، مما يؤدي إلى عدم استقرار النظام، لذلك قد تتضاعف هذه المخاطر اعتماداً على ركوب التوليد الموزع من خلال الاستجابة، مما قد يؤدي إلى انقطاع واسع النطاق بسبب استجابة الجهد والتردد المحلي لاضطرابات الحمل المتزامنة.